多光譜相機在林業(yè)中的應用

產(chǎn)品型號： AIRPHEN

所屬分類：多光譜測量系統(tǒng)

更新時間：2018-06-20

簡要描述：多光譜相機在林業(yè)中的應用其借鑒了自動化領域諸多*技術(shù)，隨著光譜傳感技術(shù)和圖像處理分析技術(shù)的日益發(fā)展,無人機與光譜軟硬件的結(jié)合也越發(fā)純熟。一體化程度和觀測精度也得到極大的發(fā)展，實現(xiàn)對大面積植物各種參數(shù)進行測量和分析，可用于大面積區(qū)域冠層和表型調(diào)查。

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    AIRPHEN是一款多光譜相機系統(tǒng)，用于移動光譜生長指數(shù)測量，配有基于數(shù)學算法GAI估算法的6個波段相機系統(tǒng)。通過圖像疊加，在不同測量通道內(nèi)提供多角度圖像。Hi-phen發(fā)表了很多文章，其中一些文章是Airphen相機開發(fā)的算法基礎，以下所提到的參數(shù)，基礎均是依據(jù)文章算法計算或依據(jù)現(xiàn)有的業(yè)界通用算法和稱呼，如同現(xiàn)成的手持冠層分析儀一樣，這些指數(shù)已經(jīng)體現(xiàn)在相機測量之中，所拍攝的圖像，可以傳到Hi-phen的數(shù)據(jù)庫進行處理，另外因為該相機的系統(tǒng)的*性，可以利用該系統(tǒng)做新穎性研究。
多光譜相機AIRPHEN主要特點：
     1、6同步快門傳感器
     2、1280x960像素(.tiff，12 bit)
     3、2幀/秒，12bit
     4、可配置波段(450-950nm)
     5、視角可配 (25°~60°)
     6、使用不同傳感器進行同步(TIR,RGB)
     7、SD卡存儲
     8、內(nèi)置或外置GPS
     9、人體工程學無線界面
    10、低能耗(7w/h)
    11、輕便(200g)
    12、緊湊、容易集成
    13、可計算寬范圍的VI值(植被指數(shù))
多光譜相機AIRPHEN的測量指標：
   綠地指數(shù)是一個主要的農(nóng)業(yè)過程變量，用于決策系統(tǒng)。AIRPHE飛行器平臺配備有6個波段相機系統(tǒng)，基于數(shù)學算法GAI估算法。圖像疊加在不同測量通道內(nèi)提供多角度圖像。利用6個波段的的反射以及對每個獨立成像特殊向陽角度取景，生成瀏覽表將PROSAIL輻射傳輸模型反轉(zhuǎn)。與單個圖像對應的平均整體方案容許對錯誤反轉(zhuǎn)問題進行調(diào)節(jié)。要獲得穩(wěn)定GAI估值，需要大約6幀圖像。相對應的均方根誤差（RMSE)值用作相關(guān)不定性的一個指標。與基于地面的測量相比，UASGAI在小麥和油菜上方的精度大約是0.2（RMSE)。歸一化反射率與反射率相比，GAI估值性能大為改善（0.17：0.26 GAI,RMSE）。實驗觀察到UAS無人機不同獲取時期的估算值的高重復性。利用紅波邊緣波歸一化反射率，帶來從低到中GAI估值的30%（10%）的精度提升。該產(chǎn)品也可用于其它地塊、森林調(diào)查、病蟲害防治等。    
    2、VI:植被指數(shù)：主要反映植被在可見光、近紅外波段反射與土壤背景之間差異的指標，各個植被指數(shù)在一定條件下能用來定量說明植被的生長狀況。在學習和使用植被指數(shù)時必須由一些基本的認識：3、NDVI: 歸一化差值植被指數(shù)：NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)，或兩個波段反射率的計算。 
      1）NDVI的應用：檢測植被生長狀態(tài)、植被覆蓋度和消除部分輻射誤差等。
       2）-1<=NDVI<=1，負值表示地面覆蓋為云，雪等。對可見光高反射；0表示有巖石或裸土等，NIR和R近似相等；正值，表示有植被覆蓋，且隨覆蓋度增大而增大。
       3）NDVI的局限性表現(xiàn)在，用非線性拉伸的方式增強了NIR和R的反射率的對比度。對于同一幅圖象，分別求RVI和NDVI時會發(fā)現(xiàn)，RVI值增加的速度高于NDVI增加速度，即NDVI對高植被區(qū)具有較低的靈敏度。
       4）NDVI能反映出植物冠層的背景影響，如土壤、潮濕地面、雪、枯葉、粗糙度等，且與植被覆蓋有關(guān)。
    4、PRI: 光反射指數(shù)：
    光化學植被指數(shù)PRI定義為531am和570nm處反射率的歸一化植被指數(shù),這一指數(shù)能夠成功的估算葉片尺度、冠層尺度和景觀尺度的光能利用率LUE,進而可以提高凈初級生產(chǎn)力NPP的估算精度,因而PRI有著廣闊的應用前景。
    5、MERIS陸地葉綠素指數(shù)（MTCI）：該指數(shù)是葉綠素提取精度,很好地監(jiān)測植被葉綠素含量的潛力。    
多光譜相機AIRPHEN在森林資源調(diào)查中的應用
    森林資源調(diào)查，是林業(yè)活動的一項重要工作。但多光譜相機在森林調(diào)查中的應用還很少。針對小區(qū)域、精度要求高的調(diào)查需求正在上升，如高要求的規(guī)劃設計調(diào)查、出于森林生態(tài)狀況監(jiān)測的林分空間結(jié)構(gòu)調(diào)查。如果去實地進行這些調(diào)查，一般要花費大量的人力物力，尤其在經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)的南方集體林區(qū)，農(nóng)民很少上山從事經(jīng)營活動，喬灌草生長迅速，以前曾經(jīng)有的林間小道已經(jīng)逐漸消失，現(xiàn)在要進行地面調(diào)查勞動強度極大。且大多數(shù)空間分辨率不能滿足高精度調(diào)查的要求，而多光譜相機可以滿足這一要求，他可以和國內(nèi)的任一款無人機配合已達到調(diào)查的目的。